隧道圍巖分級與圍巖壓力的確定方法

1、隧道圍巖分級與圍巖壓力的確定方法隧道圍巖的概念及其性質(zhì)影響圍巖穩(wěn)定性的因素隧道圍巖分級隧道圍巖壓力的確定方法1、隧道圍巖的概念及其性質(zhì)（1）隧道圍巖的概念（2）隧道圍巖的工程性質(zhì)（3）圍巖與隧道工程的相互關(guān)系1、隧道圍巖的概念及其性質(zhì)（1）隧道圍巖的概念定義:隧道開挖后其周圍產(chǎn)生應(yīng)力重分布范圍內(nèi)的巖（土）體 隧道開挖后對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的那部分巖(土)體。圍巖（6-10倍洞徑）1、隧道圍巖的概念及其性質(zhì)（1）隧道圍巖的概念注意幾個問題:圍巖巖體圍巖不是整個巖土體，是受隧道建設(shè)影響（工程意義上的影響）的那部分巖土體巖體巖石巖體=巖石+結(jié)構(gòu)面圍巖既可能是巖質(zhì)，也可能是土質(zhì)，或是二者混合體1、隧道圍

2、巖的概念及其性質(zhì)（2）隧道圍巖的工程性質(zhì)物理性質(zhì)質(zhì)量指標(biāo)（密度、容重等）孔隙指標(biāo)（孔隙率等）水理指標(biāo)（吸水率、含水率、飽水率等）其它指標(biāo)（膨脹性、軟化性、抗凍性等）力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)（抗拉、抗剪、抗壓等）變形特性（壓縮變形、剪切變形、流變等）注意巖體和巖石性質(zhì)的差異1、隧道圍巖的概念及其性質(zhì)（2）隧道圍巖的工程性質(zhì)質(zhì)量指標(biāo)（密度、容重等） 巖石單位體積(包括巖石中孔隙體積)的質(zhì)量和重量稱為密度和容重。 可分為：天然密度、飽和密度、干密度、顆粒密度等孔隙指標(biāo)（孔隙率、孔隙比） 巖石試樣中孔隙體積與試樣體積的百分比稱為孔隙率。 孔隙體積與固體體積的比值稱為孔隙比1、隧道圍巖的概念及其性質(zhì)（2）隧道圍

3、巖的工程性質(zhì)水理指標(biāo)（含水率、吸水率、飽水率等） 含水率是天然狀態(tài)下巖石中水的重量與巖石干重量的百分比。 吸水率是干燥巖樣在室溫和一個大氣壓下吸入水的重量與巖石干重量的百分比。 飽水率是巖石在強(qiáng)制飽和狀態(tài)下巖樣的最大吸入水的重量與巖石干重量的百分比。 飽水系數(shù)是吸水率與飽水率的百分比。1、隧道圍巖的概念及其性質(zhì)（2）隧道圍巖的工程性質(zhì)其它物理指標(biāo)（膨脹性、抗?jié)B性、軟化性、抗凍性等） 膨脹性是巖石浸水后體積增大的性質(zhì)，用膨脹率和膨脹力衡量。 滲透性是在水壓力作用下，巖石孔隙和裂隙透過水的能力，用滲透系數(shù)衡量。 軟化性是巖石與水相互作用時強(qiáng)度降低的特性，用軟化系數(shù)衡量。 抗凍性是巖石抗凍融破壞的性

4、能，用抗凍系數(shù)衡量。1、隧道圍巖的概念及其性質(zhì)（2）隧道圍巖的工程性質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)（抗壓、抗拉、抗剪等） 巖石在荷載作用下破壞時承受的最大荷載應(yīng)力稱為強(qiáng)度。包括抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度等，其中以抗壓和抗剪為最為重要，很少考慮抗拉強(qiáng)度。變形指標(biāo)（壓縮、剪切、流變等） 影響因素十分復(fù)雜。包括作用力的大小和方式；巖石物理性質(zhì)，如礦物組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造；變形條件，如圍壓、溫度、孔隙壓力、時間、含水量等。1、隧道圍巖的概念及其性質(zhì)（3）圍巖與隧道工程的相互關(guān)系圍巖在隧道工程中具有三位一體特性:圍巖是修建隧道的介質(zhì)，是構(gòu)成隧道的基本材料和環(huán)境;圍巖是產(chǎn)生圍巖壓力的原因，是隧道結(jié)構(gòu)的荷載來源；圍巖同時可以分擔(dān)一部分圍巖

5、壓力，還是承載結(jié)構(gòu)。1、隧道圍巖的概念及其性質(zhì)（3）圍巖與隧道工程的相互關(guān)系圍巖對隧道設(shè)計(jì)施工的影響:隧道開挖難易程度;隧道開挖后的穩(wěn)定程度；隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)承受荷載的大小。2、影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素（1）影響因素總攬（2）影響因素詳解2、影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素（1）影響因素總攬自然因素（地質(zhì)條件）巖體結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間組合特征巖石的力學(xué)性質(zhì)初始地應(yīng)力場人為因素（設(shè)計(jì)施工因素）隧道形狀和尺寸隧道埋深地下水支護(hù)類型和時間施工方法2、影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素（2）影響因素詳解1) 巖體結(jié)構(gòu)特征破碎程度：裂隙率、裂隙間距。巖體結(jié)構(gòu)特征是指巖體的破碎程度或完整狀態(tài)。完整狀態(tài)：整塊狀、大塊狀等。裂

6、隙是廣義的：包括層理、節(jié)理、斷裂及夾層等結(jié)構(gòu)面。2、影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素（2）影響因素詳解2) 結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)和空間組合狀態(tài)結(jié)構(gòu)面性質(zhì)結(jié)構(gòu)面成因結(jié)構(gòu)面光滑程度結(jié)構(gòu)面充填狀態(tài)結(jié)構(gòu)面規(guī)模結(jié)構(gòu)面空間組合（相互位置）結(jié)構(gòu)面密集程度2、影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素（2）影響因素詳解3) 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的工程性質(zhì)是多方面的，一般主要指巖石的強(qiáng)度或堅(jiān)固性。在巖體結(jié)構(gòu)狀態(tài)成為控制圍巖穩(wěn)定的主要因素時，強(qiáng)調(diào)巖石強(qiáng)度意義是不大的。巖石強(qiáng)度在完整的巖體中是起主要作用的。2、影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素（2）影響因素詳解4) 初始地應(yīng)力場 初始應(yīng)力是隧道圍巖變形、破壞的根本作用力。 已初步將初始應(yīng)力考慮進(jìn)圍巖分級之中。

7、 在高的初始應(yīng)力場條件下，圍巖級別應(yīng)適當(dāng)降低。2、影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素（2）影響因素詳解5) 地下水 使巖質(zhì)軟化，強(qiáng)度降低，對軟巖尤為明顯，對土體則可促使其液化或流動； 有軟弱結(jié)構(gòu)面的圍巖，會沖走充填物或使夾層液化，減少層間摩阻力促使巖塊滑動； 在某些圍巖中，如石膏、巖鹽和蒙脫石為主的粘土巖中，遇水后產(chǎn)生膨脹，在未膠結(jié)或弱膠結(jié)的砂巖中可產(chǎn)生流砂和潛蝕。 2、影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素（2）影響因素詳解6) 隧道形狀和尺寸形狀方面（一般情況）: 圓形斷面受力較好，穩(wěn)定性好； 高度跨度比（簡稱高跨比）越大越容易穩(wěn)定； 斷面圓順可以避免應(yīng)力集中，有利于圍巖穩(wěn)定； 特殊地應(yīng)力狀態(tài)則需要具體分析。尺寸

8、方面: 斷面越大，穩(wěn)定性越差2、影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素（2）影響因素詳解7) 隧道埋深埋深較淺時，隨著埋深的增加，隧道由淺埋逐步進(jìn)入深埋，圍巖自穩(wěn)能力增大；埋深很大時，隨著埋深的增加，初始應(yīng)力場隨之增大，可能出現(xiàn)巖爆、大變形問題，圍巖穩(wěn)定性可能下降。2、影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素（2）影響因素詳解8) 支護(hù)類型和時間較早支護(hù)較遲支護(hù)2、影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素（2）影響因素詳解9) 施工方法開挖方法與擾動強(qiáng)度 普通爆破法、控制爆破法； 礦山法、盾構(gòu)法或掘進(jìn)機(jī)；斷面劃分與擾動次數(shù) 大斷面、小斷面； 分部開挖。 3、隧道圍巖分級（1）圍巖分級的目的（2）圍巖分級的發(fā)展及類型（3）鐵路和公路隧道圍巖

9、分級3、隧道圍巖分級（1）圍巖分級的目的圍巖分級的目的 作為選擇施工方法的依據(jù)； 進(jìn)行科學(xué)管理及正確評價(jià)經(jīng)濟(jì)效益； 確定結(jié)構(gòu)上的荷載； 給出襯砌結(jié)構(gòu)的類型及其尺寸； 制定勞動定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)等；3、隧道圍巖分級（2）圍巖分級的發(fā)展及類型土石分類單一指標(biāo)分類綜合指標(biāo)分類圍巖分級的發(fā)展趨勢 越來越重視巖體而非巖石； 與勘察手段緊密聯(lián)系； 針對明確的工程對象及目的； 分類逐漸量化；3、隧道圍巖分級（2）圍巖分級的發(fā)展及類型（A）以巖石強(qiáng)度或巖石的物性指標(biāo)為代表的分級法 a.以巖石強(qiáng)度為基礎(chǔ)的分級法 代表：土石分類法堅(jiān)石、次堅(jiān)石、松石、土。 b.以巖石物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的分級法 代表：巖石堅(jiān)固性系數(shù)

10、(f值)分級法普氏法 f值：一個綜合的物性指標(biāo)值，如巖石的抗鉆性、抗爆性、強(qiáng)度等。 但核心還是巖石強(qiáng)度。3、隧道圍巖分級（2）圍巖分級的發(fā)展及類型（B）以巖體構(gòu)造、巖性特征為代表的分級方法 代表： 泰沙基法考慮圍巖的完整狀態(tài)和巖性，共9級。 我國交通隧道圍巖分級法借鑒了泰沙基法，考慮巖體綜合物性，共6級。 3、隧道圍巖分級（2）圍巖分級的發(fā)展及類型（C）與地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分級方法 代表： 彈性波速分級法波速是反映巖性與巖體結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)綜合指標(biāo)，波速越高，圍巖越好。波速 Kv0.750.750.550.550.350.350.15 0.90.75 R 0.90.5 R 0.750.25 R 0

11、.5R 30 硬巖 5 Rb30 軟巖 Rb 1，則：因此：通常取K=24、隧道圍巖壓力的確定（2）圍壓壓力的理論計(jì)算方法(A) 普氏壓力拱理論 似摩擦系數(shù)f的概念及其確定：將具有一定粘性的松散圍巖視為無粘性的松散體。(1)具有粘性時的抗剪強(qiáng)度 (2)無粘性松散體的抗剪強(qiáng)度按照抗剪強(qiáng)度不變的原則進(jìn)行等效，應(yīng)有：似摩擦系數(shù)f又稱為普氏系數(shù)4、隧道圍巖壓力的確定（2）圍壓壓力的理論計(jì)算方法(A) 普氏壓力拱理論 按照普氏壓力拱理論，確定普氏系數(shù)、普氏壓力拱高度后，即可計(jì)算作用在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力。通常將豎向壓力視為均布壓力，側(cè)向壓力為梯形分布。4、隧道圍巖壓力的確定（2）圍壓壓力的理論計(jì)算方

12、法(B)太沙基理論 理論假設(shè)與受力特征：圍巖為散粒體;形成兩個主動滑動面；豎向壓力均勻分布；側(cè)壓力與豎向壓力成正比；4、隧道圍巖壓力的確定（2）圍壓壓力的理論計(jì)算方法(B)太沙基理論 由單元體豎向力平衡可得微分方程：解得：4、隧道圍巖壓力的確定（3）鐵路、公路隧道圍巖壓力規(guī)范確定方法等效荷載等效荷載高度深淺埋判別深埋隧道HHpHHp松散圍巖淺埋隧道hpHHp4、隧道圍巖壓力的確定（3）鐵路、公路隧道圍巖壓力規(guī)范確定方法（A）深埋隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力計(jì)算4、隧道圍巖壓力的確定（3）鐵路、公路隧道圍巖壓力規(guī)范確定方法（B）淺埋隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力計(jì)算4、隧道圍巖壓力的確定（3）鐵路、公路隧道圍巖壓力規(guī)范確定方法（B）淺埋隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力計(jì)算4、隧道圍巖壓力的確定（4）圍巖壓力實(shí)測方法直接量測法間接量測法直接量測支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力，主要是采用在支護(hù)結(jié)構(gòu)背后埋設(shè)壓力盒的方法。用這種方法所測得的圍巖壓力實(shí)際上是圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)之間